Основы производства стекла

Сырье. Основные сырьевые компоненты для производства материалов из стекла — кварцевый песок, сода, мел, доломит, известняк, т.е. в стекломассу вводятся кислотные, щелочные и щелочно-земельные оксиды. От их количества непосредственно зависят все основные эксплуатационно-тех- нические свойства стекла.
Большое влияние на свойства строительных стекол оказы-вают вспомогательные компоненты: осветлители, обесцвечива- тели, красители, глушители, окислители, восстановители.
Осветлители вводят в шихту для освобождения стекломассы от видимых пузырей, т.е. для ее осветления, чем ускоряется процесс стекловарения. Действие осветлителей заключается в том, что при нагревании они разлагаются с выделением большого количества газообразных продуктов. Улетучиваясь из стекломассы, они способствуют удалению из нее и других газов (пузырей).
Обесцвечиватели вводят в стекломассу, чтобы устранить нежелательные сине-зеленые или желто-зеленые оттенки, которые стекломасса приобретает из-за примесей железа в сырьевых материалах. Стекло обесцвечивают химическим и физическим способами.
Красители служат для окрашивания стекла в тот или иной цвет. Обычно в качестве красителей используют соединения металлов. По механизму их действия различают молекулярные и коллоидные красители. Молекулярные красители, введенные в стекломассу, растворяются в ней. Окраска таких стекол не изменяется при повторной тепловой обработке. К этой группе красителей относятся главным образом оксиды тяжелых металлов — марганца, кобальта, никеля, хрома, железа, урана. К коллоидным относятся те красители, которые при введении их в стекломассу равномерно распределяются в ней в виде мельчайших коллоидных частиц, например, соединения золота, меди, селена, серебра.
Большинство свегопрозрачных стекол варят в окисли-тельной среде. Это делают, в основном, для перевода закис- ной формы железа (FeO). содержащейся в сырье, в окисную (Те,О,). Первая придает стеклу зеленоватый оттенок. Вместе с тем существует группа стекол (цветных), для варки которых требуется восстановительная среда. Для регулирования этих условий варки в стекломассу вводят окислители и восстановители.
Сырьем для производства материалов из минеральных расплавов (каменных, шлаковых) служат, соответственно, базальтовые, диабазовые, базальто-доломитовые и другие породы, доменные металлургические шлаки.
Основы технологии. Основные технологические операции при производстве материалов из стекла — варка и формование.
Варка стекта производится в печах различного типа. Ли-стовое светопрозрачное стекло варят в ванных печах непре-рывного действия. При этом выделяют пять стадий стекло-варения: силикатообразование при температуре 800—900 °С, стеклообразование (1100—1200 "С), осветление и гомогени-зация (1400-1600 'С), студка (1100-1200 =С).
Не менее важен следующий этап — формование стекло-массы. При производстве материалов из стекта применяют следующие способы формования: прессование, прокат, вы-тягивание, на расплаве металла (флоат-споссю). Последние два способа широко распространены в стекольной промышленности при производстве листового стекла.
Принцип вертикального вытягивания состоит в транс-портировании снизу вверх с помощью валков машины ленты стекломассы (после студки) шириной до 3 м. Лента вы-давливается из стекломассы с помощью погруженного в нее специального приспособления (шамотной лодочки).
Флоат-способ (рис. 58) — наиболее производителен и эф-фективен. Поверхность ленты стекла получается гладкой, не требующей шлифовки и полировки, нижняя — за счет контакта с предельно ровной поверхностью расплавленного металла, а верхняя — поверхностного натяжения.
После формования материал подвергают отжигу. В ре-зультате снижаются полученные при формовании внутренние температурные напряжения, возникающие при более высокой скорости остывания наружных слоев стекла по сравнению с внутренними. Наружные слои стремятся к сжатию, а более нагретые внутренние препятствуют этому.
Отделку лицевой поверхности стекла производят меха-ническим, химическим способами и шлем нанесения различных покрытий.
Механическая обработка включает пескоструйную, уль-тразвуков™, резку, шлифование, гравирование и др. При пескоструйной обработке на те места прозрачного гладкого стекла, которые должны остаться нетронутыми, наклеивают шаблон (например, из плотной бумаги). Огневая полировка поверхности шероховатого стекла производится при высокой температуре.
Химическая обработка включает травление и матирование (обработку поверхности парами фтористого водорода, плавиковой кислотой, матирующими пастами или другими веществами), химическое полирование, выщелачивание (для повышения светопропускания и получения «радужного» эффекта), декорирование цветными протравами (диффузия) и др.
При обработке плавиковой кислотой на поверхность стекла при помощи трафарета наносят расплавленный парафин или воск. Кислота разрушает незащищенную поверхность стекла. Через определенное время кислоту смывают, а после подогрева стекла парафин или воск стирают ветошью.
Покрытия на поверхности стекол наносят в виде слоев керамических и других красок, эмалей, фактурных посыпок, люстров, силиконовых растворов, солей и оксидов металлов и др. В результате воздействия нагревом ниже температуры размягчения стекла происходит сплавление поверхностного слоя с нанесенным покрытием.
Технологический процесс производства материалов из других минеральных расплавов включает следующие операции: подготовка сырьевых компонентов, плавка шихты в пламенных шахтных, ванных, вращающихся или дуговых электрических печах при 1400—1450 =С; охлаждение расплава до 1250 X для стабилизации структуры и уменьшения усадочных дефектов в готовой продукции; литье в подогретые постоянные формы из чугуна или жароупорной стати или во временные силикатные формы; медленное (до 1 сут. и более) охлаждение; механическая обработка поверхности и кромок. Для снижения возникающих при охлаждении внутренних напряжений отливки подвергают частичной кристаллизации — отжигу в специальных печах при 800—900 °С.
Формование материалов осуществляется методами ста-тического или центробежного литья. В производстве волокон, например из базальтового расплава, используют метод раздува струи расплава сжатым воздухом или паром. При изготовлении минеральной ваты расплав обычно получают в вагранке или в другом печном агрегате. Волокна образуются при воздействии подаваемого под давлением пара или воздуха на непрерывно вытекающую из вагранки струю расплава или при подаче пара на валки или диск центрифуга. Полученное минеральное волокно собирается в камере волок- ноосаждения на непрерывно движущейся сетке. В эту камеру вводят органические или минеральные связующие вещества для получения теплоизоляционных матов и плит.
Производство материалов из шлаковых расплавов, прежде всего огненно-жидких шлаков металлургической промыш-ленности, весьма выгодно и экономично: не требуется спе-циальных плавильных печей и дополнительных затрат топлива.

37. МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ ВЯЖУЩИХ ВЕЩЕСТВ